JP4096399B2 - 大口径ズームレンズ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大画角を有する大口径高倍率ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、正・負群から始まる所謂標準ズームレンズは多数提案されており、例えば特開昭５７−１６８２０９号公報等がある。また、大口径を有する高倍率ズームレンズも幾つか提案されており、本発明と同一の出願人が以前提案した特開平４−２０８９１１号公報及び特平４−２０８９１２号公報がある。この特許公開公報に開示されたズームレンズにおいては、画角２ω＝６２°をカバーし、約３倍の変倍比を有し、かつ全域Ｆ２. ８のＦナンバーと、標準ズームレンズとしては大口径を有していた。また、特開平６−２８１８６２号公報においては、正負正正正構成の５群構成の大口径ズームレンズが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５７−１６８２０９号公報に開示されたズームレンズは、口径はＦ３．５〜４．５と小さく、画角も６２°程度までしかカバーしていなかった。また、収差的に見ても球面収差や非点収差の変倍による変動が補正しきれておらず、コマ収差の変動も残留しており、該光学系の構成、屈折力配置のままでは、画角２ω＝７５°を越えた大口径・広角ズームレンズを実現する事は困難である。また、特開平４−２０８９１１号公報及び特開平４−２０８９１２号公報、特開平６−２８１８６２号公報に開示されている大口径ズームレンズは、収差補正上は良好なレベルにあり、口径はＦ２．８と大きいが、広角端の画角が６２°程度までしかカバーされておらず、変倍比も２．５〜３倍程度であり、さらなる大画角化、高変倍率化が望まれていた。
【０００４】
そこで本発明は、上記の諸問題を解決し、大画角をカバーし、変倍比が３．５倍を越え、ＦナンバーがＦ２．８程度の大口径を有する高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４，正レンズ成分Ｌ５とからなり、無限遠方から近距離物点への合焦に際し、前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動することにより合焦するか、または前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦するか、またはその両方を組み合わせて前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動し、同時に前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦し、以下の条件式（１）および条件式（２）
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜Φ II ｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
Φ II ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
を満足するような構成を採用するか、または、
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４、正レンズ成分Ｌ５とからなり、前記負レンズ成分Ｌ４が、像側に凸面を向けた負メニスカス形状を有し、以下の条件式（１）および条件式（２）
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜ΦII｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ΦII：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
を満足するような構成を採用することにより、問題の解決を図るものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本的な構造から説明する。
従来は、変倍比の高倍率化、広角端の大画角化、大口径化を図るためには、第２レンズ群Ｇ２全体の屈折力を弱く使用する事によって特に望遠端の球面収差、コマ収差を良好に補正し、広角端の下方コマ収差、非点収差、歪曲を良好に補正する方法が採られてきた。
【０００７】
これに対し、本発明では第２レンズ群Ｇ２の屈折力を比較的強くすることで、その仕様に比較して小型で、大口径および高変倍比、大画角を同時に満足することが可能な、従来までの凸先行型のズームレンズには無い構成及び各レンズ成分の屈折力配置の新たなレンズタイプを見出したものである。
本発明の第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負負正負正の５つのレンズ成分から成っており、特に３番目から５番目の、正負正の３つのレンズ成分が、大口径化、高変倍率化、大画角化を同時に満たすための重要な要素になっている。
【０００８】
まず、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ１及び負レンズ成分Ｌ２は、主に広角側の歪曲、像面湾曲、下方コマ収差等の軸外収差の補正に重点をおき、望遠側の下方コマ収差および球面収差は、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４、正レンズ成分Ｌ５の組み合わせにより補正される。
また、本発明の第２レンズ群Ｇ２は、その周囲に変倍に必要な十分な空気間隔を確保し、さらに諸収差を良好に補正するために、レトロフォーカスタイプの構成および屈折力配置を有している。従って、第２レンズ群Ｇ２の３番目から５番目までレンズ成分による構成は、レトロフォーカスタイプのマスターレンズ部分を正負正の構成にしたものと考えることができ、正レンズ成分Ｌ３と負レンズ成分Ｌ４およびその間の空気レンズによって、主に広角側から望遠端までの球面収差、下方コマ収差を補正し、さらに正レンズ成分Ｌ５を適切な屈折力と形状にする事によって、主に望遠側の球面収差をはじめとする軸上収差を良好に補正することができる。
【０００９】
また第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くし、なおかつ像面湾曲を良好に補正するためには、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つ必要があるため、第２レンズ群Ｇ２の負レンズは高屈折率の硝子を使用し、第２レンズ群Ｇ２の正レンズには、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズより低い屈折率を有する硝子を使用することが、従来のズームレンズ以上に重要かつ必要な条件になる。
【００１０】
ここで重要な点は、正レンズ成分Ｌ５と負レンズ成分Ｌ４の屈折率の大小関係である。より球面収差を良好に補正するためには、負レンズ成分Ｌ４中の負レンズの屈折率ｎ４は、正レンズ成分Ｌ５中の正レンズの屈折率ｎ５よりも大きいことが必要になる。この時、ｎ４とｎ５は、条件式（１）を満足していることが望ましい。この条件式（１）は、像面湾曲と、球面収差の補正を両立するための条件であり、条件式１の値がその上限を上回る場合、全系のペッツバール和が著しく大きくなり、負の像面湾曲が増加するため好ましくない。また、結果的に正レンズ成分Ｌ５中にある正レンズの屈折率が著しく小さくなるため、各レンズ面の曲率が強くなり、高次の球面収差が発生し、特に望遠側の球面収差の補正が困難になり好ましくない。なお、条件式（１）の上限値を０．３５以下に設定すると、より良好な像面湾曲と球面収差の補正が実現できる。さらに条件式（１）の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１１】
また、条件式（１）の値がその下限を下回る場合、全系のペッツバール和が著しく小さくなり、正の像面湾曲が増加し好ましくない。なお、条件式（１）の下限値を０．００５以上に設定すると、より良好な像面湾曲の補正が実現できる。また、条件式（１）の下限値を０．０１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１２】
次に本発明においては、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．０６＜Φ５／｜ΦII｜＜０．５
但し、
ΦII :前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５ :前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
この条件式（２）は、球面収差をはじめとする各収差の補正と、容易な製造条件を両立するための条件式である。
【００１３】
条件式（２）の値がその上限を上回る場合、正レンズ成分Ｌ５の屈折力が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、結果的に負レンズＬ４の屈折力も著しく大きくなり、コマ収差及び球面収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなるため、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（２）の上限値を０．４以下に設定すると、より良好な収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式２の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１４】
また、条件式（２）値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ５の屈折力が著しく小さくなり、球面収差を初めとする諸収差に対する補正効果が著しく減少する上に、全系のペッツバール和を適切に設定できなくなり好ましくない。なお、条件式（２）の下限値を０．０９以上に設定すると、より適切なペッツバール和の設定と良好な球面収差の補正が実現できる。また、条件式（２）の下限値を０．１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１５】
次に本発明においては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−５＜（ｒｂ＋ｒａ）／（ｒｂ−ｒａ）＜０．５
但し、
ｒａ :前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の物体側の面の曲率半径
ｒｂ :前記正レンズ成分Ｌ５の像側の面の曲率半径
この条件式（３）は、大口径化のため、球面収差をより良く補正するために、Ｌ５の形状因子（ｑファクター）を適切に設定するための条件である。
【００１６】
条件式（３）の値がその上限を上回る場合、正レンズ成分Ｌ５のベンディング形状は両凸形状をこえ、物体側に凸面を向けた平凸形状へと近づく。このため、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する物体側の面の屈折角が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、球面収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなり、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（３）の上限値を０以下に設定すると、より良好な球面収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式（３）の上限値を−０．１５以下、さらに−０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１７】
また、条件式（３）の値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ５のベンディング形状は像側に凸面を向けた強い正メニスカス形状に変位するために、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する像側の面の屈折角が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し好ましくない。また、第１レンズ群と第２レンズ群との間のデッドスペースの確保が困難になるため好ましくない。なお、条件式（３）の下限値を−２以上に設定すると、より良好な球面収差の補正が実現できる。また条件式２の下限値を−１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１８】
次に本発明においては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．０５＜Φ3-4 ／ΦII＜０．５
但し、
Φ3-4 ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される空気レンズＬ3-4 の屈折力
ΦII ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
このとき、空気レンズの屈折力Φ3-4 とは、前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３の最も像側の面の屈折力と、空気間隔を隔てて存在する前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４の最も物体側の面の屈折力の、合成屈折力を表わす。
【００１９】
この条件式（４）は、各収差、特に広角側の下方コマ収差の補正と、容易な製造条件とを両立させるために、前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される、空気レンズＬ3-4 の屈折力Φ3-4 を適切に設定する条件である。すなわち、本発明において、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３の最も像側の面から負レンズ成分Ｌ４の最も物体側の面までの空気より形成された凸形状の空間を、空気レンズＬ3-4 と見た時、この空気レンズＬ3-4 には、特に望遠側の球面収差、広角側の下方コマ収差、非点収差等に対して大きな補正効果が有ると考えられる。
【００２０】
したがって、条件式（４）の値がその上限を上回る場合、空気レンズＬ3-4 の屈折力が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、結果的に負レンズＬ４及び正レンズ成分Ｌ５の屈折力も著しく大きくなって、特に広角側の下方コマ収差及び非点収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなるため、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（４）の上限値を０．４以下に設定すると、より良好な収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式（４）の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２１】
また、条件式（４）の値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ３の像側の面の曲率半径、および負レンズＬ４の物体側の面の曲率半径、すなわち空気レンズＬ3-4 の両面の曲率半径が比較的に近くなることを意味する。そして、曲率半径の絶対値が大きいときは、球面収差を初めとする諸収差に対する補正効果が著しく減少してしまい好ましくない。また曲率半径の絶対値が小さい時は、特に望遠側の球面収差および、広角側の下方コマ収差の高次収差成分が著しく発生してしまい、良好な収差補正が困難になるので好ましくない。なお、条件式（４）の下限値を０．１以上に設定すると、より良好な球面収差の補正が実現できる。また、条件式（４）の下限値を０．２以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２２】
次に本発明においては、さらに良好に球面収差、下方コマ収差の補正を行なうために、前記空気レンズＬ3-4 は、像側に凸面を向けた正メニスカス形状であることが望ましい。
次に本発明においては、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する各面の屈折角を著しく大きくせず、結果的に、高次を含む球面収差の補正を良好に保ちつつ軸外の収差補正を良好に行なうために、前記負レンズ成分Ｌ４は像側に凸面を向けた負メニスカス形状をしていることが望ましい。
【００２３】
次に本発明においては、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）１．５＜（ｎ３＋ｎ５）／２＜１．８
但し、
ｎ３ ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５ ：前記第２レンズ群中Ｇ２の正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
この条件式（５）は、像面湾曲を適切に補正するために、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３及び正レンズ成分Ｌ５のｄ線に対する屈折率の平均値、すなわち第２レンズ群Ｇ２中の主な凸レンズ成分の屈折率の適切な設定をする条件である。前記したとおり、本発明においては比較的第２レンズ群を強い負の屈折力で使用するため、全系のペッツバール和を十分大きな正の値に保つことが必要となる。そのため、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズには、比較的低い屈折率を有する硝子を使用することが、従来のズームレンズ以上に必要になる。
【００２４】
条件式（５）の値がその上限を上回る場合、前記したとおり最適な全系のペッツバール和を確保することが困難になり、結果的に像面湾曲及び非点収差が悪化し好ましくない。なお、条件式（５）の上限値を１．７７以下に設定すると、全系のペッツバール和をより適切に設定することが可能になり、また条件式（５）の上限値を１．７６以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２５】
また、条件式（５）の値がその下限を下回る場合、各正レンズ成分の屈折率が著しく小さくなるため、結果的に各面の曲率半径が小さい値をとるようになり、高次の球面収差が発生し好ましくない。なお、条件式（５）の下限値を１．５５以上に設定すると、より良好な収差補正が実現できる。また条件式（５）の下限値を１．６以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２６】
次に本発明においては、球面収差および下方コマ収差をより良く補正し、また全系のペッツバール和を適切な値に設定するために、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ２が、正レンズＬＰと負レンズＬＮとの接合よりなる接合負レンズを有することが望ましい。そしてそのうえで、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
【００２７】
（６）０．０５＜ｎＮ−ｎＰ＜０．３
但し、
ｎＰ ：前記接合負レンズ中の正レンズＬＰのｄ線に対する屈折率
ｎＮ ：前記接合負レンズ中の負レンズＬＮのｄ線に対する屈折率
この条件式（６）は、像面湾曲の補正と、各収差の波長ごとの補正状況の差を抑制することを両立させるための条件である。
【００２８】
条件式（６）の値がその上限を上回る場合、正レンズＬＰと負レンズＬＮの屈折率差が著しく大きくなるために、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つことは可能になる。しかしその結果、接合面の曲率半径が小さくなりすぎ、コマ収差の色（光の波長）による差、倍率色収差、球面収差の色（光の波長）による補正状況の差が発生し好ましくない。なお、条件式（６）の上限値を０．２５以下に設定すると、前記した諸収差のより良好な収差補正が可能になり、また条件式（６）の上限値を０．２以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２９】
また、条件式（６）値がその下限を下回る場合、正レンズＬＰと負レンズＬＮの屈折率差が著しく小さくなるために、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つことが困難になり、像面湾曲及び非点収差が悪化し好ましくない。また、球面収差、コマ収差をはじめとする諸収差が悪化し好ましくない。なお、条件式（６）の下限値を０．１以上に設定すると、より適切な全系のペッツバール和の設定が可能になり、また条件式（６）の下限値を０．１２以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３０】
また、前記負レンズＬＮの形状を両凹レンズとすれば、全系のペッツバール和を適切な正の値に保ったままで、正レンズＬＰと負レンズＬＮとの接合面の曲率半径をよりゆるやかにすることができるため、各収差の波長の違いによる補正状況の差をより抑制することが可能となり、本発明の効果を最大限に発揮できる。
次に本発明においては、特に下方コマ収差およびコマ収差の変倍による変動、非点収差を良好に補正するために、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ４中の負レンズは、物体側に凹面を向け、その物体側の凹面が中心部から周辺に向かって、曲率が弱くなる形状の非球面を有することが望ましい。
【００３１】
次に本発明においては、無限遠方から近距離物点への合焦に際し、球面収差、コマ収差、非点収差の近距離変動を最小にするために、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動することにより合焦するか、または第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦するか、さらにまたはその両方を組み合わせて第２レンズ群Ｇ２を物体方向に、同時に第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦することが望ましい。さらに、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３をそれぞれ異なる移動比で移動させて合焦することにより、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は実施例１の構成及び、移動軌跡を示している。
実施例１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の四群構成である。
【００３３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合による接合正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズより構成される。
第２レンズ群Ｇ２は物体側から、物体側に凸面を向け物体側に非球面を有する負メニスカス非球面レンズＬ１、物体側に凹面を向けた両凹レンズＬＮと両凸レンズＬＰとの接合によりなり物体側に凹面を向けた負メニスカス接合レンズＬ２、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３、物体側に非球面を有し、物体側に凹面を向けた負メニスカス非球面レンズＬ４、両凸レンズＬ５より構成される。
【００３４】
そして第３レンズ群Ｇ３の直前に開口絞りＳを設置し、第３レンズ群Ｇ３は３枚の両凸レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズより構成される。
第４レンズ群Ｇ４は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合からなる接合正レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズ、物体側に非球面を有する両凸非球面レンズから構成される。
【００３５】
変倍は、広角端から望遠端に向かって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔が拡大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔が縮小し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の空気間隔が、一旦縮小したのちに若干拡大するように、各群が物体方向にそれぞれ移動することによって行なう。
【００３６】
また、近距離合焦は第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動して行なう。さらに、近距離合焦時に第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動すると同時に、第２レンズ群Ｇ２により像面湾曲の変動を補正できるだけの移動量を各焦点距離毎に求めて、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動させつつ合焦すれば、近距離収差変動をほとんど解消することが可能である。
【００３７】
以下に実施例１の諸元値を示す。ただし、ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角、Ｂｆはバックフォーカスを示す。また、諸元表に示す非球面は、光軸から垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をＳ（ｙ）とし、基準の曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＣｎとするとき、以下の非球面式で与えられる。
(但し、a**bの表記は、以下全て、ａのｂ乗を表わすものとする。)
非球面の近軸曲率半径ｒは以下の式によって定義される。
ｒ＝１／（２・Ｃ２＋１／Ｒ）
諸元表中の非球面には＠印を付けており、ｒ欄には近軸曲率半径を記載している。
【００３８】
さらに、可変間隔表中のｄ０は、レンズ系の最も物体側の面から物体までの距離を表わす。
第６面と第１３面と第３５面は非球面であり、非球面係数は以下に示す通りである。
図２に示す収差図は、実施例１の広角端で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例１が、７６．２°という大画角まで、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００３９】
また、図３に示す収差図は実施例１の中間焦点距離で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例１の中間焦点距離においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
さらに、図４に示す収差図は、実施例１の望遠端の無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例１の望遠端においても、広角端同様、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００４０】
但し各収差図においては、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角、ｄ，ｇはそれぞれｄ線，ｇ線の収差曲線であることを示している。また非点収差図において、実線はサジタル像面、点線はメリジオナル像面を示している。
次に、図５は、実施例２の構成及び、移動軌跡を示している。
実施例２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の四群構成である。
【００４１】
第１レンズ群Ｇ１は物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合による接合正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズより構成される。
第２レンズ群Ｇ２は物体側から、物体側に凸面を向けた、物体側に非球面を有する負メニスカス非球面レンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬＰと両凹レンズＬＮとの接合よりなり、物体側に凹面を向けた負接合レンズＬ２、両凸レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４、両凸レンズＬ５より構成される。
【００４２】
そして第３レンズ群Ｇ３の直前に開口絞りＳを設置し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に非球面を有する両凸レンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズより構成される。
第４レンズ群Ｇ４は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合からなる接合正レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、物体側に非球面を有する両凸非球面レンズから構成される。
【００４３】
変倍は、広角端から望遠端に向かって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔が拡大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔が縮小し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の空気間隔が、一旦縮小したのちに若干拡大するように、各群が物体方向にそれぞれ移動することによって行なう。
【００４４】
また、近距離合焦は、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動して行なう。さらに、近距離合焦時に第２レンズ群Ｇ２を像方向に移動すると同時に、第３レンズ群Ｇ３により像面湾曲の変動を補正できるだけの移動量を各焦点距離毎に求めて、第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動させつつ合焦すれば、近距離収差変動をほとんど解消することが可能である。
【００４５】
以下に実施例２の諸元値を示す。諸元表中の各記号は、全て実施例１の諸元表と同じである。
第６面と第１８面と第３５面は非球面であり、非球面係数は以下に示す通りである。
図６に示す収差図は、実施例２の広角端で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例２が、７６．２°という大画角まで、良好な収差補正が成されていることがわかる。
【００４６】
また、図７に示す収差図は、実施例２の中間焦点距離で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例２の中間焦点距離においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
さらに、図８に示す収差図は、実施例２の望遠端の無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例２の望遠端においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
【００４７】
但し各収差図においては、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角、ｄ，ｇはそれぞれｄ線，ｇ線の収差曲線であることを示している。また非点収差図において、実線はサジタル像面、点線はメリジオナル像面を示している。
【００４８】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、２ω＝７６°程度の大画角を有し、かつ、Ｆ２．８程度の大きな口径を有し、３．５倍を越える変倍比を有する比較的小型の大口径・広角ズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成及び移動軌跡を示した図
【図２】実施例１の広角端の無限遠合焦時の収差図
【図３】実施例１の中間焦点距離の無限遠合焦時の収差図
【図４】実施例１の望遠端の無限遠合焦時の収差図
【図５】実施例２の構成及び移動軌跡を示した図
【図６】実施例２の広角端の無限遠合焦時の収差図
【図７】実施例２の中間焦点距離の無限遠合焦時の収差図
【図８】実施例２の望遠端の無限遠合焦時の収差図
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌ１ 第２レンズ群内第一負レンズ成分
Ｌ２ 第２レンズ群内第二負レンズ成分
Ｌ３ 第２レンズ群内第一正レンズ成分
Ｌ４ 第２レンズ群内第三負レンズ成分
Ｌ５ 第２レンズ群内第二正レンズ成分
ＬＰ 第二負レンズ成分内正レンズ成分
ＬＮ 第二負レンズ成分内負レンズ成分
Ｓ 開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明は大画角を有する大口径高倍率ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、正・負群から始まる所謂標準ズームレンズは多数提案されており、例えば特開昭５７−１６８２０９号公報等がある。また、大口径を有する高倍率ズームレンズも幾つか提案されており、本発明と同一の出願人が以前提案した特開平４−２０８９１１号公報及び特平４−２０８９１２号公報がある。この特許公開公報に開示されたズームレンズにおいては、画角２ω＝６２°をカバーし、約３倍の変倍比を有し、かつ全域Ｆ２. ８のＦナンバーと、標準ズームレンズとしては大口径を有していた。また、特開平６−２８１８６２号公報においては、正負正正正構成の５群構成の大口径ズームレンズが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５７−１６８２０９号公報に開示されたズームレンズは、口径はＦ３．５〜４．５と小さく、画角も６２°程度までしかカバーしていなかった。また、収差的に見ても球面収差や非点収差の変倍による変動が補正しきれておらず、コマ収差の変動も残留しており、該光学系の構成、屈折力配置のままでは、画角２ω＝７５°を越えた大口径・広角ズームレンズを実現する事は困難である。また、特開平４−２０８９１１号公報及び特開平４−２０８９１２号公報、特開平６−２８１８６２号公報に開示されている大口径ズームレンズは、収差補正上は良好なレベルにあり、口径はＦ２．８と大きいが、広角端の画角が６２°程度までしかカバーされておらず、変倍比も２．５〜３倍程度であり、さらなる大画角化、高変倍率化が望まれていた。
【０００４】
そこで本発明は、上記の諸問題を解決し、大画角をカバーし、変倍比が３．５倍を越え、ＦナンバーがＦ２．８程度の大口径を有する高性能なズームレンズを提供することを目的としている。
【０００５】
上記目的を達成するために本発明は、
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４，正レンズ成分Ｌ５とからなり、無限遠方から近距離物点への合焦に際し、前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動することにより合焦するか、または前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦するか、またはその両方を組み合わせて前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動し、同時に前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦し、以下の条件式（１）および条件式（２）
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜Φ II ｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
Φ II ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
を満足するような構成を採用するか、または、
物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４、正レンズ成分Ｌ５とからなり、前記負レンズ成分Ｌ４が、像側に凸面を向けた負メニスカス形状を有し、以下の条件式（１）および条件式（２）
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜ΦII｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ΦII：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
を満足するような構成を採用することにより、問題の解決を図るものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本的な構造から説明する。
従来は、変倍比の高倍率化、広角端の大画角化、大口径化を図るためには、第２レンズ群Ｇ２全体の屈折力を弱く使用する事によって特に望遠端の球面収差、コマ収差を良好に補正し、広角端の下方コマ収差、非点収差、歪曲を良好に補正する方法が採られてきた。
【０００７】
これに対し、本発明では第２レンズ群Ｇ２の屈折力を比較的強くすることで、その仕様に比較して小型で、大口径および高変倍比、大画角を同時に満足することが可能な、従来までの凸先行型のズームレンズには無い構成及び各レンズ成分の屈折力配置の新たなレンズタイプを見出したものである。
本発明の第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、負負正負正の５つのレンズ成分から成っており、特に３番目から５番目の、正負正の３つのレンズ成分が、大口径化、高変倍率化、大画角化を同時に満たすための重要な要素になっている。
【０００８】
まず、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ１及び負レンズ成分Ｌ２は、主に広角側の歪曲、像面湾曲、下方コマ収差等の軸外収差の補正に重点をおき、望遠側の下方コマ収差および球面収差は、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４、正レンズ成分Ｌ５の組み合わせにより補正される。
また、本発明の第２レンズ群Ｇ２は、その周囲に変倍に必要な十分な空気間隔を確保し、さらに諸収差を良好に補正するために、レトロフォーカスタイプの構成および屈折力配置を有している。従って、第２レンズ群Ｇ２の３番目から５番目までレンズ成分による構成は、レトロフォーカスタイプのマスターレンズ部分を正負正の構成にしたものと考えることができ、正レンズ成分Ｌ３と負レンズ成分Ｌ４およびその間の空気レンズによって、主に広角側から望遠端までの球面収差、下方コマ収差を補正し、さらに正レンズ成分Ｌ５を適切な屈折力と形状にする事によって、主に望遠側の球面収差をはじめとする軸上収差を良好に補正することができる。
【０００９】
また第２レンズ群Ｇ２の屈折力を強くし、なおかつ像面湾曲を良好に補正するためには、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つ必要があるため、第２レンズ群Ｇ２の負レンズは高屈折率の硝子を使用し、第２レンズ群Ｇ２の正レンズには、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズより低い屈折率を有する硝子を使用することが、従来のズームレンズ以上に重要かつ必要な条件になる。
【００１０】
ここで重要な点は、正レンズ成分Ｌ５と負レンズ成分Ｌ４の屈折率の大小関係である。より球面収差を良好に補正するためには、負レンズ成分Ｌ４中の負レンズの屈折率ｎ４は、正レンズ成分Ｌ５中の正レンズの屈折率ｎ５よりも大きいことが必要になる。この時、ｎ４とｎ５は、条件式（１）を満足していることが望ましい。この条件式（１）は、像面湾曲と、球面収差の補正を両立するための条件であり、条件式１の値がその上限を上回る場合、全系のペッツバール和が著しく大きくなり、負の像面湾曲が増加するため好ましくない。また、結果的に正レンズ成分Ｌ５中にある正レンズの屈折率が著しく小さくなるため、各レンズ面の曲率が強くなり、高次の球面収差が発生し、特に望遠側の球面収差の補正が困難になり好ましくない。なお、条件式（１）の上限値を０．３５以下に設定すると、より良好な像面湾曲と球面収差の補正が実現できる。さらに条件式（１）の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１１】
また、条件式（１）の値がその下限を下回る場合、全系のペッツバール和が著しく小さくなり、正の像面湾曲が増加し好ましくない。なお、条件式（１）の下限値を０．００５以上に設定すると、より良好な像面湾曲の補正が実現できる。また、条件式（１）の下限値を０．０１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１２】
次に本発明においては、以下の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．０６＜Φ５／｜ΦII｜＜０．５
但し、
ΦII :前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５ :前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力
この条件式（２）は、球面収差をはじめとする各収差の補正と、容易な製造条件を両立するための条件式である。
【００１３】
条件式（２）の値がその上限を上回る場合、正レンズ成分Ｌ５の屈折力が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、結果的に負レンズＬ４の屈折力も著しく大きくなり、コマ収差及び球面収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなるため、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（２）の上限値を０．４以下に設定すると、より良好な収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式２の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１４】
また、条件式（２）値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ５の屈折力が著しく小さくなり、球面収差を初めとする諸収差に対する補正効果が著しく減少する上に、全系のペッツバール和を適切に設定できなくなり好ましくない。なお、条件式（２）の下限値を０．０９以上に設定すると、より適切なペッツバール和の設定と良好な球面収差の補正が実現できる。また、条件式（２）の下限値を０．１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１５】
次に本発明においては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）−５＜（ｒｂ＋ｒａ）／（ｒｂ−ｒａ）＜０．５
但し、
ｒａ :前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の物体側の面の曲率半径
ｒｂ :前記正レンズ成分Ｌ５の像側の面の曲率半径
この条件式（３）は、大口径化のため、球面収差をより良く補正するために、Ｌ５の形状因子（ｑファクター）を適切に設定するための条件である。
【００１６】
条件式（３）の値がその上限を上回る場合、正レンズ成分Ｌ５のベンディング形状は両凸形状をこえ、物体側に凸面を向けた平凸形状へと近づく。このため、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する物体側の面の屈折角が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、球面収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなり、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（３）の上限値を０以下に設定すると、より良好な球面収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式（３）の上限値を−０．１５以下、さらに−０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１７】
また、条件式（３）の値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ５のベンディング形状は像側に凸面を向けた強い正メニスカス形状に変位するために、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する像側の面の屈折角が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し好ましくない。また、第１レンズ群と第２レンズ群との間のデッドスペースの確保が困難になるため好ましくない。なお、条件式（３）の下限値を−２以上に設定すると、より良好な球面収差の補正が実現できる。また条件式２の下限値を−１以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００１８】
次に本発明においては、以下の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）０．０５＜Φ3-4 ／ΦII＜０．５
但し、
Φ3-4 ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される空気レンズＬ3-4 の屈折力
ΦII ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
このとき、空気レンズの屈折力Φ3-4 とは、前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３の最も像側の面の屈折力と、空気間隔を隔てて存在する前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４の最も物体側の面の屈折力の、合成屈折力を表わす。
【００１９】
この条件式（４）は、各収差、特に広角側の下方コマ収差の補正と、容易な製造条件とを両立させるために、前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される、空気レンズＬ3-4 の屈折力Φ3-4 を適切に設定する条件である。すなわち、本発明において、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３の最も像側の面から負レンズ成分Ｌ４の最も物体側の面までの空気より形成された凸形状の空間を、空気レンズＬ3-4 と見た時、この空気レンズＬ3-4 には、特に望遠側の球面収差、広角側の下方コマ収差、非点収差等に対して大きな補正効果が有ると考えられる。
【００２０】
したがって、条件式（４）の値がその上限を上回る場合、空気レンズＬ3-4 の屈折力が著しく大きくなり、高次の球面収差が発生し、結果的に負レンズＬ４及び正レンズ成分Ｌ５の屈折力も著しく大きくなって、特に広角側の下方コマ収差及び非点収差の良好な補正が困難になる。また、もし各収差の補正状況が許容範囲になっても、各レンズエレメントの屈折力が非常に強くなり、偏心許容量が著しく小さくなるため、製造困難になり好ましくない。なお、条件式（４）の上限値を０．４以下に設定すると、より良好な収差補正と、容易な製造条件が実現できる。また、条件式（４）の上限値を０．３以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２１】
また、条件式（４）の値がその下限を下回る場合、正レンズ成分Ｌ３の像側の面の曲率半径、および負レンズＬ４の物体側の面の曲率半径、すなわち空気レンズＬ3-4 の両面の曲率半径が比較的に近くなることを意味する。そして、曲率半径の絶対値が大きいときは、球面収差を初めとする諸収差に対する補正効果が著しく減少してしまい好ましくない。また曲率半径の絶対値が小さい時は、特に望遠側の球面収差および、広角側の下方コマ収差の高次収差成分が著しく発生してしまい、良好な収差補正が困難になるので好ましくない。なお、条件式（４）の下限値を０．１以上に設定すると、より良好な球面収差の補正が実現できる。また、条件式（４）の下限値を０．２以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２２】
次に本発明においては、さらに良好に球面収差、下方コマ収差の補正を行なうために、前記空気レンズＬ3-4 は、像側に凸面を向けた正メニスカス形状であることが望ましい。
次に本発明においては、Ｆナンバーを決定する軸上光線に対する各面の屈折角を著しく大きくせず、結果的に、高次を含む球面収差の補正を良好に保ちつつ軸外の収差補正を良好に行なうために、前記負レンズ成分Ｌ４は像側に凸面を向けた負メニスカス形状をしていることが望ましい。
【００２３】
次に本発明においては、以下の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）１．５＜（ｎ３＋ｎ５）／２＜１．８
但し、
ｎ３ ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５ ：前記第２レンズ群中Ｇ２の正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
この条件式（５）は、像面湾曲を適切に補正するために、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３及び正レンズ成分Ｌ５のｄ線に対する屈折率の平均値、すなわち第２レンズ群Ｇ２中の主な凸レンズ成分の屈折率の適切な設定をする条件である。前記したとおり、本発明においては比較的第２レンズ群を強い負の屈折力で使用するため、全系のペッツバール和を十分大きな正の値に保つことが必要となる。そのため、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズには、比較的低い屈折率を有する硝子を使用することが、従来のズームレンズ以上に必要になる。
【００２４】
条件式（５）の値がその上限を上回る場合、前記したとおり最適な全系のペッツバール和を確保することが困難になり、結果的に像面湾曲及び非点収差が悪化し好ましくない。なお、条件式（５）の上限値を１．７７以下に設定すると、全系のペッツバール和をより適切に設定することが可能になり、また条件式（５）の上限値を１．７６以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２５】
また、条件式（５）の値がその下限を下回る場合、各正レンズ成分の屈折率が著しく小さくなるため、結果的に各面の曲率半径が小さい値をとるようになり、高次の球面収差が発生し好ましくない。なお、条件式（５）の下限値を１．５５以上に設定すると、より良好な収差補正が実現できる。また条件式（５）の下限値を１．６以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２６】
次に本発明においては、球面収差および下方コマ収差をより良く補正し、また全系のペッツバール和を適切な値に設定するために、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ２が、正レンズＬＰと負レンズＬＮとの接合よりなる接合負レンズを有することが望ましい。そしてそのうえで、以下の条件式（６）を満足することが望ましい。
【００２７】
（６）０．０５＜ｎＮ−ｎＰ＜０．３
但し、
ｎＰ ：前記接合負レンズ中の正レンズＬＰのｄ線に対する屈折率
ｎＮ ：前記接合負レンズ中の負レンズＬＮのｄ線に対する屈折率
この条件式（６）は、像面湾曲の補正と、各収差の波長ごとの補正状況の差を抑制することを両立させるための条件である。
【００２８】
条件式（６）の値がその上限を上回る場合、正レンズＬＰと負レンズＬＮの屈折率差が著しく大きくなるために、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つことは可能になる。しかしその結果、接合面の曲率半径が小さくなりすぎ、コマ収差の色（光の波長）による差、倍率色収差、球面収差の色（光の波長）による補正状況の差が発生し好ましくない。なお、条件式（６）の上限値を０．２５以下に設定すると、前記した諸収差のより良好な収差補正が可能になり、また条件式（６）の上限値を０．２以下に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２９】
また、条件式（６）値がその下限を下回る場合、正レンズＬＰと負レンズＬＮの屈折率差が著しく小さくなるために、全系のペッツバール和を適切な正の値に保つことが困難になり、像面湾曲及び非点収差が悪化し好ましくない。また、球面収差、コマ収差をはじめとする諸収差が悪化し好ましくない。なお、条件式（６）の下限値を０．１以上に設定すると、より適切な全系のペッツバール和の設定が可能になり、また条件式（６）の下限値を０．１２以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３０】
また、前記負レンズＬＮの形状を両凹レンズとすれば、全系のペッツバール和を適切な正の値に保ったままで、正レンズＬＰと負レンズＬＮとの接合面の曲率半径をよりゆるやかにすることができるため、各収差の波長の違いによる補正状況の差をより抑制することが可能となり、本発明の効果を最大限に発揮できる。
次に本発明においては、特に下方コマ収差およびコマ収差の変倍による変動、非点収差を良好に補正するために、第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ４中の負レンズは、物体側に凹面を向け、その物体側の凹面が中心部から周辺に向かって、曲率が弱くなる形状の非球面を有することが望ましい。
【００３１】
次に本発明においては、無限遠方から近距離物点への合焦に際し、球面収差、コマ収差、非点収差の近距離変動を最小にするために、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動することにより合焦するか、または第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦するか、さらにまたはその両方を組み合わせて第２レンズ群Ｇ２を物体方向に、同時に第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦することが望ましい。さらに、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３をそれぞれ異なる移動比で移動させて合焦することにより、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１は実施例１の構成及び、移動軌跡を示している。
実施例１は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の四群構成である。
【００３３】
第１レンズ群Ｇ１は、物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合による接合正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズより構成される。
第２レンズ群Ｇ２は物体側から、物体側に凸面を向け物体側に非球面を有する負メニスカス非球面レンズＬ１、物体側に凹面を向けた両凹レンズＬＮと両凸レンズＬＰとの接合によりなり物体側に凹面を向けた負メニスカス接合レンズＬ２、像側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３、物体側に非球面を有し、物体側に凹面を向けた負メニスカス非球面レンズＬ４、両凸レンズＬ５より構成される。
【００３４】
そして第３レンズ群Ｇ３の直前に開口絞りＳを設置し、第３レンズ群Ｇ３は３枚の両凸レンズと像側に凸面を向けた負メニスカスレンズより構成される。
第４レンズ群Ｇ４は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合からなる接合正レンズ、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズ、物体側に非球面を有する両凸非球面レンズから構成される。
【００３５】
変倍は、広角端から望遠端に向かって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔が拡大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔が縮小し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の空気間隔が、一旦縮小したのちに若干拡大するように、各群が物体方向にそれぞれ移動することによって行なう。
【００３６】
また、近距離合焦は第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動して行なう。さらに、近距離合焦時に第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動すると同時に、第２レンズ群Ｇ２により像面湾曲の変動を補正できるだけの移動量を各焦点距離毎に求めて、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動させつつ合焦すれば、近距離収差変動をほとんど解消することが可能である。
【００３７】
以下に実施例１の諸元値を示す。ただし、ｆは焦点距離、ＦＮＯはＦナンバー、２ωは画角、Ｂｆはバックフォーカスを示す。また、諸元表に示す非球面は、光軸から垂直方向の高さｙにおける各非球面の頂点の接平面から光軸方向に沿った距離をＳ（ｙ）とし、基準の曲率半径をＲ、円錐係数をκ、ｎ次の非球面係数をＣｎとするとき、以下の非球面式で与えられる。
非球面の近軸曲率半径ｒは以下の式によって定義される。
ｒ＝１／（２・Ｃ２＋１／Ｒ）
諸元表中の非球面には＠印を付けており、ｒ欄には近軸曲率半径を記載している。
【００３８】
さらに、可変間隔表中のｄ０は、レンズ系の最も物体側の面から物体までの距離を表わす。
【００３９】
また、図３に示す収差図は実施例１の中間焦点距離で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例１の中間焦点距離においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
さらに、図４に示す収差図は、実施例１の望遠端の無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例１の望遠端においても、広角端同様、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００４０】
但し各収差図においては、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角、ｄ，ｇはそれぞれｄ線，ｇ線の収差曲線であることを示している。また非点収差図において、実線はサジタル像面、点線はメリジオナル像面を示している。
次に、図５は、実施例２の構成及び、移動軌跡を示している。
実施例２は、物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４の四群構成である。
【００４１】
第１レンズ群Ｇ１は物体側から、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと正メニスカスレンズとの接合による接合正レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズより構成される。
第２レンズ群Ｇ２は物体側から、物体側に凸面を向けた、物体側に非球面を有する負メニスカス非球面レンズＬ１、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬＰと両凹レンズＬＮとの接合よりなり、物体側に凹面を向けた負接合レンズＬ２、両凸レンズＬ３と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ４、両凸レンズＬ５より構成される。
【００４２】
そして第３レンズ群Ｇ３の直前に開口絞りＳを設置し、第３レンズ群Ｇ３は物体側に非球面を有する両凸レンズ、両凸レンズ、物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、像側に凸面を向けた負メニスカスレンズより構成される。
第４レンズ群Ｇ４は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズ、両凹レンズと両凸レンズとの接合からなる接合正レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、物体側に非球面を有する両凸非球面レンズから構成される。
【００４３】
変倍は、広角端から望遠端に向かって、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔が拡大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との間の空気間隔が縮小し、第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４の間の空気間隔が、一旦縮小したのちに若干拡大するように、各群が物体方向にそれぞれ移動することによって行なう。
【００４４】
また、近距離合焦は、第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動して行なう。さらに、近距離合焦時に第２レンズ群Ｇ２を像方向に移動すると同時に、第３レンズ群Ｇ３により像面湾曲の変動を補正できるだけの移動量を各焦点距離毎に求めて、第３レンズ群Ｇ３を像方向に移動させつつ合焦すれば、近距離収差変動をほとんど解消することが可能である。
【００４５】
以下に実施例２の諸元値を示す。諸元表中の各記号は、全て実施例１の諸元表と同じである。
【００４６】
また、図７に示す収差図は、実施例２の中間焦点距離で無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例２の中間焦点距離においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
さらに、図８に示す収差図は、実施例２の望遠端の無限遠合焦時の収差図である。これによれば、実施例２の望遠端においても、広角端同様、良好な収差補正が成されていることがわかる。
【００４７】
但し各収差図においては、ＦＮＯはＦナンバー、Ａは半画角、ｄ，ｇはそれぞれｄ線，ｇ線の収差曲線であることを示している。また非点収差図において、実線はサジタル像面、点線はメリジオナル像面を示している。
【００４８】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、２ω＝７６°程度の大画角を有し、かつ、Ｆ２．８程度の大きな口径を有し、３．５倍を越える変倍比を有する比較的小型の大口径・広角ズームレンズを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成及び移動軌跡を示した図
【図２】実施例１の広角端の無限遠合焦時の収差図
【図３】実施例１の中間焦点距離の無限遠合焦時の収差図
【図４】実施例１の望遠端の無限遠合焦時の収差図
【図５】実施例２の構成及び移動軌跡を示した図
【図６】実施例２の広角端の無限遠合焦時の収差図
【図７】実施例２の中間焦点距離の無限遠合焦時の収差図
【図８】実施例２の望遠端の無限遠合焦時の収差図
【符号の説明】
Ｇ１ 第１レンズ群
Ｇ２ 第２レンズ群
Ｇ３ 第３レンズ群
Ｇ４ 第４レンズ群
Ｌ１ 第２レンズ群内第一負レンズ成分
Ｌ２ 第２レンズ群内第二負レンズ成分
Ｌ３ 第２レンズ群内第一正レンズ成分
Ｌ４ 第２レンズ群内第三負レンズ成分
Ｌ５ 第２レンズ群内第二正レンズ成分
ＬＰ 第二負レンズ成分内正レンズ成分
ＬＮ 第二負レンズ成分内負レンズ成分
Ｓ 開口絞り
Claims (13)
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４，正レンズ成分Ｌ５とからなり、無限遠方から近距離物点への合焦に際し、前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動することにより合焦するか、または前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦するか、またはその両方を組み合わせて前記第２レンズ群Ｇ２を物体方向に移動し、同時に前記第３レンズ群Ｇ３を像面方向に移動することにより合焦し、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜Φ II ｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
Φ II ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力 - 請求項１に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ４が、像側に凸面を向けた負メニスカス形状を有していることを特徴とするズームレンズ。
- 物体側から順に、正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、その像側に第３レンズ群Ｇ３を含む１つまたは複数のレンズ群を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との空気間隔を変化させることによって変倍するズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２は、物体側から順に、像側に凹面を向けた負レンズを含む負レンズ成分Ｌ１と、物体側に凹面を向けた負レンズ成分Ｌ２、正レンズ成分Ｌ３、負レンズ成分Ｌ４、正レンズ成分Ｌ５とからなり、前記負レンズ成分Ｌ４が、像側に凸面を向けた負メニスカス形状を有し、以下の条件式（１）および条件式（２）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（１）０＜ｎ４−ｎ５＜０．４
（２）０．０６＜Φ５／｜ΦII｜＜０．５
但し、
ｎ４：前記負レンズ成分Ｌ４中の負レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ΦII：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力
Φ５：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の屈折力 - 請求項１乃至請求項３に記載のズームレンズにおいて、以下の条件式（３）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（３）−５＜（ｒｂ＋ｒａ）／（ｒｂ−ｒａ）＜０．５
但し、
ｒａ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ５の物体側の面の曲率半径
ｒｂ：前記正レンズ成分Ｌ５の像側の面の曲率半径 - 請求項１乃至請求項４に記載のズームレンズにおいて、以下の条件式（４）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（４）０．０５＜Φ3-4 ／ΦII＜０．５
但し、
Φ3-4 ：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される空気レンズＬ3-4 の屈折力
ΦII ：前記第２レンズ群Ｇ２の全体の屈折力 - 請求項１乃至請求項５に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３と、前記第２レンズ群中の負レンズ成分Ｌ４との間の空気間隔に形成される空気レンズＬ３−４が、像側に凸面を向けた正メニスカス形状を有していることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１乃至請求項６に記載のズームレンズにおいて、以下の条件式（５）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（５）１．５＜（ｎ３＋ｎ５）／２＜１．８
但し、
ｎ３：前記第２レンズ群Ｇ２中の正レンズ成分Ｌ３中の正レンズのｄ線に対する屈折率
ｎ５：前記第２レンズ群中Ｇ２の正レンズ成分Ｌ５中の正レンズのｄ線に対する屈折率 - 請求項１乃至請求項７に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ２が、少なくとも１つの、正レンズＬＰと負レンズＬＮの接合からなる接合負レンズを有し、以下の条件式（６）を満足することを特徴とするズームレンズ。
（６）０．０５＜ｎＮ−ｎＰ＜０．３
但し、
ｎＰ ：前記接合負レンズ中の正レンズＬＰのｄ線に対する屈折率
ｎＮ ：前記接合負レンズ中の負レンズＬＮのｄ線に対する屈折率 - 請求項１乃至請求項８に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ４中の負レンズは、物体側に凹面を向けた形状であり、さらに、前記物体側の凹面が、中心部から周辺に向かって曲率が弱くなる形状の非球面であることを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１乃至請求項９に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中に非球面レンズを有することを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１乃至請求項１０に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２中の負レンズ成分Ｌ４は非球面を有することを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１乃至請求項１１に記載のズームレンズにおいて、前記第２レンズ群Ｇ２と前記第３レンズ群Ｇ３との間に開口絞りを有することを特徴とするズームレンズ。
- 請求項１乃至請求項１２に記載のズームレンズにおいて、物体側から順に、前記第１レンズ群Ｇ１と、前記第２レンズ群Ｇ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３と、正の屈折力を有する第４レンズ群Ｇ４とを有することを特徴とするズームレンズ。
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